Unidade Um Do Sol ao Aquecimento

Unidade Um
Do Sol ao Aquecimento
A energia no
aquecimento/arrefecimento
de sistemas
Termodinâmica
A Termodinâmica baseia-se em dois
grandes princípios fundamentais, de
base experimental.
Existe a Lei Zero que foi formulada
depois da primeira e da segunda.
Lei zero da Termodinâmica
Dois corpos em equilíbrio térmico
com um terceiro estão em
equilíbrio térmico entre si.
Equilíbrio Térmico. Paredes diatérmicas e
adiabáticas
Uma maneira de impedir que um sistema atinja o
equilíbrio térmico com outro sistema ou com a sua
vizinhança consiste em isolá-lo termicamente.
Consegue-se revestindo o sistema com um material
isolador térmico. Uma fronteira isoladora térmica
chama-se fronteira adiabática. O oposto de
fronteira adiabática é uma fronteira condutora
térmica (diatérmica)
Capacidade térmica mássica e capacidade
térmica
A capacidade térmica mássica de uma
substância é numericamente igual à quantidade de
calor que é necessário fornecer à unidade de massa
da substância para elevar a sua temperatura de um
grau Celsius.
A capacidade térmica de um corpo é
numericamente igual à quantidade de calor que é
necessário fornecer ao corpo para elevar a sua
temperatura de um grau Celsius.
Mecanismos de transferência de calor

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Condução – A energia é transferida ao longo do
material (sólido), de zonas de maior temperatura
para zonas de menor temperatura. Não há
transporte de matéria.
Convecção – A energia é transferida devido ao
deslocamento das partículas que constituem o
material (líquido ou gás). A variação de
temperatura altera a densidade do material; o fluido
menos denso sobe e o mais denso desce, gerando
correntes de convecção.
Bons e Maus Condutores

A capacidade de transferir energia depende
da natureza dos materiais que se classificam
como:
•Bons condutores – condutividade
térmica elevada; elevado potencial de
transferência de energia como calor.
•Maus condutores – Condutividade
térmica baixa.
Energia transferida

A quantidade de energia transferida (Q)
por unidade de tempo (t) ao longo de um
corpo depende:
•Da condutividade térmica do material (K)
•Da sua área (A)
•Da diferença de temperatura entre
extremidades ()
•Da espessura (L)
as
Potência transferida
A expressão que permite calcular a Potência
Transferida ao longo de um material é:
Q
O cálculo de qualquer potência envolve
P
energia por unidade de tempo
t
K . A. A expressão deve incluir as variáveis de
que depende a energia transferida por
P
condução
L
Fazendo U = K/L
P  U . A.
Potência transferida
P  U .A.
U – coeficiente de condutividade (transmissão) térmica
(K/L) de unidades Wm-2K-1
A – área do condutor
 - diferença de temperatura entre as extremidades
Condutividade Térmica (K)
A condutividade térmica é a quantidade de calor
que atravessa, por segundo, a espessura de 1m
entre duas superfícies paralelas de 1 m2 de área,
quando a diferença de temperatura é de 1ºC.
O valor da condutividade térmica mede a rapidez com
que se efectua a transferência de calor por condução
e, portanto, permite distinguir os bons dos maus
condutores.
Condutividade Térmica (K)
Material
K (J/(s.m.K)
Prata
427
Cobre
397
Alumínio
238
Ferro
80
Vidro
0,8
Água
0,6
Madeira
0,08
Espuma de
poliestireno
0,033
Ar
0,023
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Verificamos que os metais são
bons condutores de calor
Materiais como o vidro, a
madeira e o ar são maus
condutores
Materiais como a fibra de vidro, o
poliuretano ou poliéster são
maus condutores e podem, por
isso, ser usados como isoladores
(por exemplo nas habitações)
Colectores solares e Painéis
fotovoltaicos
A radiação solar pode ser utilizada para fins de
aquecimento através dos colectores solares ou
para produzir energia eléctrica, através
dos painéis fotovoltaicos.
Colectores Solares
Os colectores solares são uma placa absorsora
que “acumula” calor que transfere
(condução) para a água que circula em tubos
que se encontram “colados” à placa
absorsora.
Painéis fotovoltaicos
Os painéis fotovoltaicos são constituídos por várias
células fotovoltaicos que convertem a energia
radiante em energia eléctrica.
As células são constituídas por dois materiais
diferentes; ao receber a radiação solar, um dos
materiais liberta electrões que são recebidos pelo
outro, produzindo uma corrente eléctrica (fluxo de
electrões)
1ª Lei da Termodinâmica
A energia interna de um sistema pode variar
tanto pela realização de trabalho como pela
ocorrência de um fluxo de calor, como ainda
por efeito da radiação
Eint  W  Q  R
2ª Lei da Termodinâmica
Numa transformação espontânea ocorre
aumento da entropia do Universo
Uma máquina térmica traduz a aplicação da 2ª Lei
da Termodinâmica.
As máquinas térmicas permitem transformar calor
em trabalho
Entropia
A entropia é a medida da desordem de um sistema.
Sempre que a energia se transforma
espontaneamente de uma forma para outra, o
sentido da transformação é o de menor para maior
desordem, ou seja, o do aumento da entropia.
Mudanças de estado físico
Sublimação
Solidificação
Sólido
Liquefacção
Líquido
Fusão
Gasoso
Vaporização
Sublimação
Mudanças de Estado Físico


A Fusão é a passagem de uma substância do
estado sólido ao estado líquido. Realiza-se
fornecendo energia ao sólido.
A Solidificação é a transformação de um
líquido num sólido. Realiza-se retirando
energia ao sólido.
A Fusão e a Solidificação de uma substância pura
efectuam-se a uma temperatura característica –
temperatura de fusão ou ponto de fusão – que
permanece constante durante todo o processo de
mudança de estado.
Mudanças de Estado Físico
A energia fornecida ou retirada
ao corpo provoca apenas a
variação da energia interna do
corpo.
Mudanças de Estado Físico

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A Vaporização é a passagem de uma
substância do estado líquido ao estado gasoso.
Realiza-se fornecendo energia ao líquido.
A Liquefacção é a transformação de um vapor
num líquido. Realiza-se retirando energia ao
vapor.
A vaporização e a liquefacção de uma substância pura
efectuam-se a uma temperatura determinada que permanece
constante durante todo o processo de mudança de estado. Essa
temperatura, à pressão atmosférica normal, designa-se por
temperatura de ebulição normal ou ponto de ebulição.
Calor Latente de Fusão ou Variação
da Entalpia Mássica na Fusão

É a quantidade de calor que é necessário
fornecer à unidade de massa (1kg) da
substância
no
estado
sólido,
à
temperatura
de
fusão,
para
a
transformar em líquido à temperatura de
fusão; toda a transformação se efectua à
temperatura de fusão e à pressão
normal.
Calor Latente de Vaporização ou Variação
da Entalpia Mássica na Vaporização

É a quantidade de calor que é necessário
fornecer à unidade de massa (1kg) da
substância no estado líquido, à
temperatura de ebulição, para a
transformar em vapor à temperatura de
ebulição; toda a transformação se efectua
à temperatura de ebulição e à pressão
normal.